(57)【要約】【課題】ステップパルスジェネレーターからステップパルスを被測定物に入射し、特性インピーダンスを測定する特性インピーダンス測定装置において、クロックパルスジェネレーターを用いて測定して算出した特性インピーダンスが、被測定物の特性インピーダンスとの測定周波数に起因する差異を減少できる、特性インピーダンス測定装置およびその測定方法を提供する。【解決手段】ステップパルスに含まれる高周波成分を制御してステップパルスの立ち上がり速度を遅くし、被測定物に入射する装置を有していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップパルスジェネレーターからステップパルスを被測定物に入射し、特性インピーダンスを測定する特性インピーダンス測定装置において、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御してステップパルスの立ち上がり速度を遅くし、被測定物に入射する装置を有していることを特徴とする特性インピーダンス測定装置。
【請求項２】
ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する装置が、特性が固定された電子素子のみで作成した積分回路を1つ以上有することを特徴とする請求項１記載の特性インピーダンス測定装置。
【請求項３】
ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する装置が、特性が可変である電子素子により作成された積分回路を1つ以上有することを特徴とする請求項１記載の特性インピーダンス測定装置。
【請求項４】
被測定物から反射してきたステップパルスを受けるオシロスコープを有し、その被測定物から反射してきたパルスの振幅から特性インピーダンスを算出する装置を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の特性インピーダンス測定装置。
【請求項５】
ステップパルスジェネレーターからステップパルスを被測定物に入射し、特性インピーダンスを測定する特性インピーダンス測定方法において、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御してステップパルスの立ち上がり速度を遅くし、被測定物に入射することを特徴とする特性インピーダンス測定方法。
【請求項６】
ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する方法が、特性が固定された電子素子のみで作成した積分回路を1つ以上有する回路で制御することを特徴とする請求項５記載の特性インピーダンス測定方法。
【請求項７】
ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する方法が、特性が可変である電子素子により作成された積分回路を1つ以上有する回路で制御することを特徴とする請求項５記載の特性インピーダンス測定方法。
【請求項８】
被測定物から反射してきたステップパルスを受けるオシロスコープを有し、その被測定物から反射してきたパルスの振幅から特性インピーダンスを算出することを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載の特性インピーダンス測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波伝送用線路の特性インピーダンスを測定する特性インピーダンス測定装置およびその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、プリント基板やインターポーザには、高速伝送への要求が、ますます高まってきている。これら、プリント基板・インターポーザに形成された線路において、良好な伝送を行うには、インピーダンスマッチングが重要である。なぜなら、インピーダンスマッチングが行われている線路では、線路を伝送するパスルの反射・放射等でのロスを抑えることができるからである。このインピーダンスマッチングを調べるには、線路の特性インピーダンスの測定が不可欠である。一般的な特性インピーダンスの測定方法は、TDR法が使用されている。TDR法とは、ステップパルスジェネレーターから約10〜35［ps］の範囲の固定された立ち上がりを持つステップパルスを被測定物に入射し、その反射波と入射波の振幅の割合から、線路の特性インピーダンスを算出している。この立ち上がりが非常に短い時間であるのは、微小区間の特性インピーダンスを測定する目的のためである。
【０００３】
高速伝送の要求が絶えないプリント基板やインターポーザであるが、これらに使用されている一部の誘電体では、電気物性値（誘電率、tanδ等）が高速伝送対応になっていない物質もある。ここで言う高速伝送対応とは、誘電体の電気物性値の周波数依存が小さいと言うことである。例えば、周波数依存性が大きいソルダーレジストの直下に線路を形成する事を考える。線路を形成するには、線路幅を算出して設計する必要がある。この算出には、一般的に電磁界シミュレーションや様々な公式が多く用いられる。この線路幅を算出する段階で使用される基材やソルダーレジストの誘電率は、実際に線路を伝送するパスルの主周波数成分の値か、もしくは、そのパルスの主周波数成分よりも低い周波数の値が使用される。主周波数成分とは、パルスの立上がり、立下り時間に起因する周波数成分のうち、振幅が最大のものの周波数成分を言う。そして、電磁界シミュレーションもしくは公式を使用し、算出し設計した線幅から実際に線路を形成する。次に、線路幅の設計にしたがって作成された線路は、TDR測定器により特性インピーダンスの測定・検査を行う。ここで、TDR測定器のステップパルスの立ち上がり時間を35［ps］とすると、この主周波数成分は、単純に考えても1/35［ps］=約30［GHz］にもなる。この時、実際に線路を伝送する主周波数成分での比誘電率とTDR測定器からのステップパスルに含まれる主周波数成分での比誘電率にはギャップがある。なぜなら、線路幅を設計する段階で使用された基材やソルダーレジストの誘電率は、実際に線路を伝送するパスルの主周波数成分の値か、もしくは、その線路を伝送するパルスの主周波数成分よりも低い周波数の値が使用されるからである。このため、TDR測定においてソルダーレジストの比誘電率は、設計の際に使用した値より低くなっていると考えられる。すると、目標である特性インピーダンスが、TDR測定の結果とシミュレーションの結果で異なることとなり、TDR測定での検査が行えなくなってしまうと考えられる。
【０００４】
以下に公知文献を示す。
【非特許文献１】ＴＤＡ  ＳＹＳＴＥＭＳ  Application  Note：ＴＤＲ  Primer（Printed  Circuit  Design  Magagine，Aprile  ２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するものであり、クロックパルスジェネレーターを用
いて測定して算出した特性インピーダンスと、被測定物の特性インピーダンスとの測定周波数に起因する差異を減少できる、特性インピーダンス測定装置およびその測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以上の課題を解決するためになされたものである。本願の請求項１の発明は、
ステップパルスジェネレーターからステップパルスを被測定物に入射し、特性インピーダンスを測定する特性インピーダンス測定装置において、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御してステップパルスの立ち上がり速度を遅くし、被測定物に入射する装置を有していることを特徴とする特性インピーダンス測定装置としたものである。
【０００７】
本願の請求項２の発明は、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する装置が、特性が固定された電子素子のみで作成した積分回路を1つ以上有することを特徴とする請求項１記載の特性インピーダンス測定装置としたものである。
【０００８】
本願の請求項３の発明は、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する装置が、特性が可変である電子素子により作成された積分回路を1つ以上有することを特徴とする請求項１記載の特性インピーダンス測定装置としたものである。
【０００９】
本願の請求項４の発明は、被測定物から反射してきたステップパルスを受けるオシロスコープを有し、その被測定物から反射してきたパルスの振幅から特性インピーダンスを算出する装置を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の特性インピーダンス測定装置としたものである。
【００１０】
本願の請求項５の発明は、ステップパルスジェネレーターからステップパルスを被測定物に入射し、特性インピーダンスを測定する特性インピーダンス測定方法において、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御してステップパルスの立ち上がり速度を遅くし、被測定物に入射することを特徴とする特性インピーダンス測定方法としたものである。
【００１１】
本願の請求項６の発明は、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する方法が、特性が固定された電子素子のみで作成した積分回路を1つ以上有する回路で制御することを特徴とする請求項５記載の特性インピーダンス測定方法としたものである。
【００１２】
本願の請求項７の発明は、ステップパルスに含まれる高周波成分を制御する方法が、特性が可変である電子素子により作成された積分回路を1つ以上有する回路で制御することを特徴とする請求項５記載の特性インピーダンス測定方法としたものである。
【００１３】
本願の請求項８の発明は、被測定物から反射してきたステップパルスを受けるオシロスコープを有し、その被測定物から反射してきたパルスの振幅から特性インピーダンスを算出することを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載の特性インピーダンス測定方法としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上、本発明によれば、周波数依存性の大きい基材を使用し、線路を形成した被測定物においても、実際に伝送されるパスルの主周波数成分での特性インピーダンスの測定・検査を行えるので、被測定物の特性インピーダンスとの測定周波数に起因する差異を減少できる特性インピーダンス測定装置およびその測定方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の特性インピーダンス測定装置について実施の形態例を説明する。本例の特性イ
ンピーダンス測定装置では、TDR測定器内のステップパルスジェネレーターからの励振されるステップパスルの立ち上がり時間を、実際に被測定物を伝送するパルスの主周波数成分に合わせて可変し遅延させる装置を提供する。すなわち、ステップパルスジェネレーターから被測定物にステップパスルが入るまでの区間で、ステップパスルの立ち上がり時間を遅延させる装置を挿入する。
【００１６】
図1は、本発明の特性インピーダンス測定装置の実施例のブロック図である。TDR測定器内にあるステップパルスジェネレーターから励振されたステップパルスは、まず、立ち上がり時間を遅延する装置に印加され、任意に遅延される。この遅延時間は、PCBやインターポーザの実際の回路において、線路に伝送するパルスの主周波数成分に対応する値とする。その後、遅延されたステップパスルは、被測定物である線路へ入射する。被測定物の特性インピーダンスにより反射されたステップパルスは、オシロスコープに入り、その後、被測定物の特性インピーダンスを算出する。
【００１７】
図1で、ステップパルスジェネレーター１から励振されたステップパスルは、ステップパルスジェネレーター１と被測定物３の間にある積分回路２により、任意の主周波数成分を持つ立ち上がりが遅延したステップパルスへ変換される。この任意の立ち上がりを持つステップパルスは、電気的特性が固定されている素子で1つ以上の積分回路を並列に並べ、実際のPCB等に伝送するパルスの主周波数成分にあった積分回路をその中から選びステップパルスジェネレーターに接続する。もしくは、電気的特性が可変である素子で積分回路を組み、実際のPCB等に伝送するパルスの主周波数成分にあった立ち上がり時間を作る。この2種類が考えられるが、積分回路に用いる素子は、高周波特性の良好な素子を使用する。立ち上がり時間を主周波数成分に変換されたステップパルスは、ある振幅を持ったまま被測定物に入射する。そして、被測定物に入射したステップパルスは、被測定物３の特性インピーダンスがミスマッチしている場所で反射した後、特性インピーダンスを算出する測定装置４に入射し線路の特性インピーダンスの算出を行う。
【００１８】
図2は、任意の周波数成分を持つステップパスルに変換する積分回路である。抵抗５とキャパシタンス６を変化することによりステップパルスの立ち上がり時間を変えることができる。ここでは、測定器系が主に50［Ω］である事から、抵抗５を50［Ω］としキャパシタンス６を可変にすることで、ステップパルスの立ち上がり時間を変えることとした。キャパシタンスは、関係式（キャパシタンス）×（抵抗）＝（被測定物を伝搬するパスルの立ち上がり時間）より算出した。
【００１９】
図3は、ステップパルスジェネレーターから、立ち上がり35［ps］のステップパルスを被測定物に入射した場合の反射波形と、抵抗50［Ω］、可変キャパシタンス0．9［pF］の積分回路にステップパルスを通し、立ち上がり時間を200［ps］に遅延させた場合の反射波形を比較したものである。前者が破線、後者が実線である。ステップパルスを遅延させ、立ち上がり時間を変えると、被測定物から反射してきたステップパルスの電圧レベルも異なる。これは、被測定物の比誘電率がステップパルスの立ち上がり時間を変えたことで変化したためである。この結果、被測定物の特性インピーダンスは、ステップパルスの立ち上がり時間で変わっていることが分かる。そして、この被測定物を反射してきたステップパルスの電圧レベルから特性インピーダンスを算出できる。
【００２０】
数式１は、これを算出する式である。
【００２１】
【数１】
2006017606.tif 000003
変数は、以下の通りである。
Z2：被測定物の特性インピーダンス。
V1：被測定物に入射したステップパルスの電圧。
V2：被測定物を反射してきたステップパルスの電圧。
Z1：ステップパルスジェネレーターから積分回路までの特性インピーダンス。
【００２２】
この算出は、反射波を受けたオシロスコープで行うことも、パソコンにオシロスコープの電圧波形を読み込ませることで行うこともできる。図3の電圧を特性インピーダンス表示にしたものを図4に示す。ここでも、実線は積分回路を付加したもの、破線は積分回路を付加していないものである。積分回路を付加した場合の被測定物の特性インピーダンスは28［Ω］、積分回路を付加していない場合の被測定物の特性インピーダンスは23［Ω］となっている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の特性インピーダンス測定装置の実施例のブロック図である。
【図２】任意の周波数成分を持つステップパスルに変換する積分回路である。
【図３】反射波形の時間変化を電圧変化で示した説明図である。
【図４】反射波形の時間変化をインピーダンス変化で示した説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ステップパルスジェネレーター
２…積分回路
３…被測定物
４…特性インピーダンス算出装置
５…抵抗
６…可変キャパシタンス
【図１】
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【図２】
2006017606.tif 000005
【図３】
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【図４】
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